Модуль MinIMU-9 v5 гіроскоп, акселерометр та компас (LSM6DS33 та LIS3MDL)

Pololu MinIMU-9 v5 - це інерційний вимірювальний блок (IMU), який поєднує 3-осьовий гіроскоп та 3-осьовий акселерометр LSM6DS33, а також 3-осьовий магнітометр LIS3MDL на крихітній платі розміром 20.32 × 12.7 мм. Інтерфейс I²C забезпечує доступ до дев'яти незалежних вимірювань обертання, прискорення та магнітного поля, які можна використовувати для розрахунку абсолютної орієнтації датчика. Плата MinIMU-9 v5 включає регулятор напруги і схему зміщення рівня, які дозволяють працювати в діапазоні від 2.5 до 5.5 В, а відстань між виводами 2.54 мм, що спрощує використання зі стандартними макетними платами без паяння і перфорованими платами з кроком 2.54 мм.

Код виробника: 2738

Pololu MinIMU-9 v5 є компактною платою, яка поєднує в собі 3-осьовий гіроскоп і 3-осьовий акселерометр ST LSM6DS33 і 3-осьовий магнітометр LIS3MDL для формування інерційного вимірювального блоку (IMU). Рекомендуємо уважно прочитати технічний опис використовуваних мікросхем датчиків перед використанням цього продукту. Ці датчики є відмінними ІВ, але їх невеликі розміри ускладнюють їхнє використання звичайним студентом або аматором. Вони також працюють при напрузі живлення нижче 3.6, що може утруднити взаємодію мікроконтролерів, що працюють при напрузі 5 В. MinIMU-9 v5 вирішує ці проблеми за рахунок включення додаткової електроніки, включаючи регулятор напруги і схему зсуву рівня, при збереженні габаритних розмірів. максимально компактні. Плата поставляється повністю укомплектованою компонентами SMD, включаючи LSM6DS33 та LIS3MDL, як показано на зображенні модуля.

У порівнянні з попередньою версією MinIMU-9 v3 у версії v5 використовуються новіші датчики MEMS, які забезпечують деяке підвищення точності (менший рівень шуму та зміщення нульової швидкості). MinIMU-9 v5 сумісний за висновками з MinIMU-9 v3, але оскільки в ньому використовуються інші сенсорні чіпи, програмне забезпечення, написане для більш старих версій IMU, необхідно буде змінити для роботи з v5.

MinIMU-9 v5 також сумісний за виводами з AltIMU-10 v5, який пропонує ту ж функціональність, доповнену цифровим барометром, який можна використовувати для вимірювання тиску та висоти. AltIMU має другий монтажний отвір і на 5 мм довший, ніж MinIMU. Будь-який код, написаний для MinIMU-9 v5, також має працювати з AltIMU-10 v5.

LSM6DS33 і LIS3MDL мають безліч параметрів, що настроюються, включаючи динамічно вибирану чутливість гіроскопа, акселерометра і магнітометра. Кожен датчик також має вибір швидкості передачі. Доступ до двох мікросхем можна отримати через загальний інтерфейс I²C/TWI, що дозволяє звертатися до датчиків індивідуально через одну лінію синхронізації та одну лінію даних. Крім того, виведення конфігурації підлеглої адреси дозволяє користувачам змінювати адреси I²C датчиків і підключати два MinIMU до однієї шини I²C.

Дев'ять незалежних показань обертання, прискорення та магнітного поля (іноді 9DOF) надають всі дані, необхідні для створення системи відліку орієнтації та курсу (AHRS). За допомогою відповідного алгоритму мікроконтролер або комп'ютер можуть використовувати дані для розрахунку орієнтації плати MinIMU. Гіроскоп можна використовувати для точного відстеження обертання протягом короткого проміжку часу, а акселерометр і компас можуть допомогти компенсувати дрейф гіроскопа в часі, надаючи абсолютну систему відліку. Відповідні осі двох чіпів вирівняні на платі, щоб полегшити ці обчислення злиття датчиків.

Несуча плата включає лінійний стабілізатор напруги з малим падінням напруги, який забезпечує напругу живлення 3.3 В, необхідні для LSM6DS33 і LIS3MDL, що дозволяє живити модуль від одного джерела живлення напругою від 2.5 до 5.5 В. Вихід регулятора доступний на виводі VDD і може подавати майже 150 мА на зовнішні пристрої. На комутаційній платі також є схема, яка переводить лінії синхронізації і даних I²C на той же рівень логічної напруги, що і VIN, що поставляється, що спрощує підключення плати до 5-вольтових систем. Відстань між висновками плати 2.54 мм дозволяє легко використовувати стандартні макетні плати без паяння та перфоровані плати з кроком отворів 2.54 мм.

Характеристики:

• Розміри: 20 мм × 13 мм × 3 мм
• Вага без виводів: 0.7 г
• Робоча напруга: від 2.5 до 5.5 В
• Споживаний струм: 5 мА
• Вихідний формат (I²C):
  • Гіроскоп: одне 16-бітове читання на вісь
  • Акселерометр: одне 16-бітове показання на вісь
  • Магнітометр: одне 16-бітове показання на вісь
• Діапазон чутливості:
  • Гіроскоп: ±125, ±245, ±500, ±1000 або ±2000°/с
  • Акселерометр: ±2, ±4, ±8 або ±16 g
  • Магнітометр: ±4, ±8, ±12 або ±16 Гс
• Маркування плати: imu04a
• Альтернативне маркування: 0J9486

Комплектація:

У комплект входять смуга 1×6 контактів з кроком 2.54 мм та смуга 1×5 контактів 2.54 мм під прямим кутом. Ви можете припаяти смужку роз'єму на ваш вибір до плати для використання з нестандартними кабелями або макетними платами без паяння або припаяти дроти безпосередньо до самої плати для більш компактної установки. На платі є два монтажні отвори, які працюють із гвинтами #2 або M2 (не входять до комплекту).

Використання MinIMU-9 v5:

З'єднання:

Для використання MinIMU-9 v5 необхідно як мінімум чотири з'єднання: VIN, GND, SCL та SDA. VIN повинен бути підключений до джерела від 2.5 до 5.5 В, GND до 0 В, а SCL і SDA повинні бути підключені до шини I²C, що працює на тому ж логічному рівні, що і VIN. (В якості альтернативи, якщо ви використовуєте плату з системою 3.3, ви можете залишити VIN вимкненим і обійти вбудований регулятор, підключивши 3.3 безпосередньо до VDD.)

Розпинування гіроскопа, акселерометра та компасу Pololu MinIMU-9 v5:

Контакти CS, готовність даних та переривання LSM6DS33 та LIS3MDL недоступні на MinIMU-9 v5. Зокрема відсутність виведення CS означає, що додатковий інтерфейс SPI цих ІС недоступний. Якщо вам потрібні ці функції, розгляньте можливість використання наших несучих плат LSM6DS33 та несучих плат LIS3MDL.

Принципова електрична схема:

На наведеній вище схемі показані додаткові компоненти, які несуча плата включає для спрощення використання LSM6DS33 і LIS3MDL, включаючи регулятор напруги, який дозволяє живити плату від одного джерела живлення від 2.5 В до 5.5 В і схему зсуву рівня, яка дозволяє підключати I²C на тому ж рівні логічного напруження як і VIN.

Інтерфейс I²C:

Гіроскоп та акселерометр LSM6DS33, а також магнітометр LIS3MDL можна запитувати та налаштовувати через шину I²C. Кожен із трьох датчиків діє як ведений пристрій на одній і тій же шині I²C (тобто їх лінії синхронізації та даних пов'язані разом для полегшення зв'язку). Крім того, перемикачі рівня на тактових імпульсах I²C (SCL) і лініях передачі даних (SDA) забезпечують зв'язок I²C з мікроконтролерами, що працюють при тій же напрузі, що і VIN (від 2.5 до 5.5 В). Докладне пояснення протоколів, що використовуються кожним пристроєм, можна знайти в технічному описі LSM6DS33 та технічному описі LIS3MDL. Більш детальну інформацію про шину I²C можна знайти в специфікації шини NXP I²C.

LSM6DS33 та LIS3MDL мають окремі адреси ведених пристроїв на шині I²C. Плата з'єднує контакти вибору підлеглого адреси (SA0 або SA1) двох мікросхем разом і підтягує їх обидва VDD через резистор 10 кОм. Можна змінити виведення SA0 на низький рівень, щоб змінити адресу керованого пристрою. Це дозволяє вам мати два MinIMU (або MinIMU v5 та AltIMU v5), підключених до однієї і тієї ж шини I²C. У наступній таблиці показані підпорядковані адреси датчиків:

Зразок коду:

Створено базові бібліотеки LSM6DS33 для Arduino та бібліотека LIS3MDL для Arduino, які спрощують взаємодію MinIMU-9 v5 з Arduino або Arduino-сумісною платою, такою як A-Star. Вони також спрощують налаштування датчиків та зчитування необроблених даних гіроскопа, акселерометра та магнітометра.

Для демонстрації того, що ви можете робити з цими даними, можна перетворити Arduino, підключену до MinIMU-9 v5, в систему орієнтації та курсу, або AHRS, за допомогою цієї програми Arduino . Він використовує дані MinIMU-9 для розрахунку гаданих кутів крену, тангажу і нишпорення, і ви можете візуалізувати вихідні дані AHRS за допомогою програми тривимірного тестування на своєму ПК (як показано на знімку екрана вище). Це програмне забезпечення засноване на роботах Хорді Муньоса, Вільяма Премерлані, Хосе Хуліо та Дуга Вейбеля.

Підказки протоколу:

У таблицях даних міститься вся інформація, необхідна для використання датчиків MinIMU-9 v5, але виділення важливих деталей може зайняти деякий час. Ось кілька порад щодо обміну даними та налаштування LSM6DS33 та LIS3MDL, які, як ми сподіваємося, допоможуть вам почати роботу трохи швидше:

• Гіроскоп, акселерометр та магнітометр за замовчуванням перебувають у режимі відключення живлення. Ви повинні увімкнути їх, встановивши правильні регістри конфігурації.
• Ви можете читати або записувати кілька регістрів в LIS3MDL за допомогою однієї команди I²C, затверджуючи старший біт адреси регістру, щоб увімкнути автоматичне збільшення адреси.
• Адреса регістру в LSM6DS33 автоматично збільшується при багатобайтовому доступі, що дозволяє читати або записувати кілька регістрів в одній команді I²C. На відміну від того, як працюють інші датчики ST, автоінкремент включений за замовчуванням; ви можете вимкнути його за допомогою поля IF_INC у регістрі CTRL3_C.

На додаток до описів, ST надає примітки щодо застосування для LSM6DS33 та LIS3MDL, що містять додаткову інформацію та поради щодо їх використання.

Посилання:

• LSM6DS33 datasheet Даташит ST LSM6DS33 3D акселерометр та 3D гіроскоп
• AN4682: LSM6DS33 application note Використання LSM6DS33 акселерометр та гіроскоп
• LIS3MDL datasheet Даташит ST LIS3MDL 3-осьовий магнетометр
• AN4602: LIS3MDL application note Використання LIS3MDL
• UM10204 I²C-bus specification and user manual Офіційна специфікація I²C-інтерфейсу від NXP
• MinIMU-9 v5 schematic diagram Принципова схема модуля датчиків MinIMU-9 v5 (LSM6DS33 та LIS3MDL)
• Dimension diagram of the MinIMU-9 v5 Gyro, Accelerometer, and Compass (LSM6DS33 and LIS3MDL Carrier)
• Drill guide for the MinIMU-9 v5 Gyro, Accelerometer, and Compass (LSM6DS33 and LIS3MDL Carrier) Карта свердлування
• 3D model of the MinIMU-9 v5 Gyro, Accelerometer, and Compass (LSM6DS33 and LIS3MDL Carrier) 3D модель модуля

• LSM6 library for Arduino Бібліотека для Arduino для датчиків LSM6DSO та LSM6DS33
• LIS3MDL library for Arduino Бібліотека для Arduino для датчика LIS3MDL
• MinIMU-9 + Arduino AHRS Програма візуалізації положення датчика у просторі
• minimu9-ahrs software for Raspberry Pi Програма читання даних із датчиків Pololu IMU плат через інтерфейс I²C. Написана та протестована на Raspberry Pi, але може працювати і на інших Linux платах із вбудованим інтерфейсом I²C
• Quick and Dirty Compass Calibration in 3d Швидкий спосіб калібрування магнітометра